有色冶金原理课堂笔记
有色冶金原理
C、镁与氢发生反应生成氢化镁，被用于储氢合金的开发(Mg2Ni) D、与TiCl4反应：金属钛生产的方法
E、腐蚀性：(1)化学腐蚀：耐碱（PH>10.2)、不耐酸（低浓度 和高温的氢氟酸除外）
(2)土壤腐蚀：耐粘土腐蚀，有氯化物时腐蚀厉害
特点：可作为原料的天然矿物资源种类多，分布广，易获得； 可利用电、油、天然气等多种能源进行生产； 工艺过程简单，投资少，建厂速度快； 生产过程不产生有毒废弃物，对环境污染小。
缺点：产能低，机械化程度差，所用还原剂价格贵。
在国外，电解法镁产量占镁的总产量约80%
在国内，则是热法占主导地位，占了97%。
有色冶金原理
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2.1.3 Raw Materials and Production Processes
1、Raw Materials
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2、Production Processes
It is possible to divide the magnesium production technologies into two main types：
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热还原法：1913年开始研究，1924年由安吉平等（俄国）完 成。1941年Pidgeom（皮江，加拿大）建立了硅铁还原白云 石的试验厂并获得成功，称为皮江法炼镁。随后，加拿大政府 在安大略白云石矿附近采用皮江法建厂，1942年投产。
1947年 法国开始研究连续生产的硅热法，1959年第一 台熔渣导电半连续还原炉投产，1964年开始工业生产。
金属镁无磁性，有较强的韧性、延展性，有良好的导电、 导热性、阻尼性、减振性、切削加工性 。其减振性能、磁 屏蔽性能远优于铝合金。
有色冶金原理
表 4.1 各种气态硫在不同温度下及P总=101325 Pa时的分压（Pa）
图 4.1 各种硫化物的离解压对数与温度关系曲线
图 4.2 硫化物的吉布斯自由能图
表4.2 一般的Me-S-O系中的反应及平衡关系式
图4.3 Me-S-O系等温平衡图
表4.3 Cu-S-O系标准吉布斯自由能数据
硫化物比氧化物容易氯化
思考题
1、什么是氯化冶金，基本过程及主要方法有哪些？ 2、理解氯化物的∆Gᶱ～T关系图意义； 3、金属氧化物氯化时为何需要加入还原剂？写出氯化时加C 反应的原理； 4、金属硫化物的氯化过程为何较其氧化物容易？ 5、NaCl作为氯化剂时，对金属硫化物和金属氧化物的氯化程 度如何，工业上如何操作？ 6、能否用碳、氢作还原剂来还原其他金属氯化物？
图4.8 S-O系吉布斯自由能图
着火温度并非一定值，而与硫化物的颗粒大小有关。 硫化物氧化过程影响因素： 1、温度； 2、颗粒外表面的固体反应物膜层的厚度及致密程度； 3、物料的物料化学性质。粒度、孔隙度； 4、气流中O2、SO2、SO3的浓度等。
表4.8 某些硫化物的着火温度与其颗粒大小的关系
方法及分类
方法： 第一步，使均匀的熔融粗金属中产生多相体系(如金 属-渣，金属-金属，金属-气体）； 第二步，把上述产生的各两相体系用物理方法分离 。 分类： (l) 金属一法系; (2) 金属一金属系: (3) 全属一气体系。
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第五章 氧化物和硫化物的火法氯化
金属氯化物与相应金属的其它化合物比较，大都具有低熔 点、高挥发性和易溶于水等性质，因此将矿石中的金属氧化 物转变为氯化物，并利用上述性质将金属氯化物与一些其它 化合物和脉石分离。 氯化冶金 就是将矿石(或冶金半成品)与氯化剂混合，在一定条件下 发生化学反应，使金属变为氯化物再进一步将金属提取出来 的方法 氮化冶金主要包括氯化过程、氯化物的分离过程、从氯化 物中提取金属等三个基本过程。 • 在多数的冶金原料中，金属并非以氯化物形态存在，因此 从原料中制取金属氯化物的氯化过程，是氯化冶金最基本 和最重要的过程。
有色冶金原理镁(一)
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氯化镁水合物的脱水反应
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氯化镁及其水合物的水解
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2.2.2 Electrolyte for Mg Electrolysis
氯化镁熔体的物理化学性质(熔点高、易挥发、 粘度大、导电率低、极易水解)决定了不能用纯 氯化镁或单一的氯化镁熔体作为电解质来进行 电解。一般采用MgCl2、KCl、NaCl、CaCl2、 BaCl2的混合熔体作电解质。 电解质的组成和性质对电解过程的指标有较大 的影响，而且不同的原料需采用不同组成的电 解质。
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3 氧化镁的氯化
不加碳质还原剂的氯化 在工业生产中，为了提高氯化速度，并得到熔融态的氯 化镁产品，氯化反应的温度常控制在800~900℃， 此时炉内Cl2/O2比必须大于90:10。这对工业生产来 讲是有困难的，因为要保证这一条件，就需要向炉内 不断通入新的氯气，并排走在组成上已接近上述比值 的废气，这在经济上是不合理的。所以，实际工业生 产时，为了提高氯的利用率，氧化镁的氯化过程是在 加有碳质还原剂的情况下进行的。
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有加碳质还原剂的氯化 碳质还原剂的作用，在于与氧化镁氯化时产生的氧和氯气中 所带入的氧相结合，以降低气相中的氧分压，保证氯化反应 的顺利进行。此时的反应为：
这几个反应在800~900℃下已经进行的相当完全，且反应 过程中会放出大量的热。因此在工业生产中，只需要少量的 外加热能就能使反应持续进行下去。
用于生产氯化镁时，煅烧温度一般不超过 800℃，此时得出的氧化镁化学活性较好， 有利氯化反应
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2 氢氧化镁法：用氯化镁溶液(或海水)生 产氧化镁
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生产过程中的主要反应为：
这里面，沉淀Mg(OH)2的过程是关键，合理 控制好各项条件才能获得过滤性能良好的沉 淀。这些条件包括：白云石的煅烧温度、浓 度、氢氧化镁煅烧温度、pH值、是否添加晶 种和加料方式等。
有色冶金原理_绪论1
• 电冶金包括电炉冶炼、熔盐电解和水溶液 电解等。
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• 广义上讲电冶金是指应用电能从矿石或其 它原料中提取、回收、精炼金属的冶金过 程。显然也包括电炉冶炼。但实际工程上 所提到的电冶金一般指电解（电化学）冶 金，包括水溶液电解和熔盐电解，而把电 炉冶炼归入火法冶金的范畴。
• 中国有色金属产量 • 2002年为1012万t， • 2003年达到1182万t， • 2004年达到1398万t， • 2005年达到1631.8万t， • 2006年1917万t， • 2007年达到2361万t。 • 2014年4417万吨
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冶金学发展历史
• 源远流长的冶金生产技术，直到18世纪末， 才从近代自然科学中汲取营养，逐渐发育成 一门近代科学──冶金学。
• 湿法冶金在机理上属物理化学的内容，其生产步 骤主要包括：浸取、分离、富集和提取。
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• （1）浸出 选择适当的溶剂（如酸、碱、氨、氰化物、 氯化物、有机溶剂等）把经处理过的矿石 中的常以化合物形式存在的金属选择性地 溶解，以便使其与其它不溶的物质分离的 过程。浸取过程常涉及到置换和氧化还原 反应，为得到所需要的产物，对浸取剂的 酸碱度要加以控制。
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• （2）轻金属，密度在4.5 （或5） g·cm-3以 下的金属叫轻金属，周期系中第ⅠA、ⅡA 族均为轻金属，主要有7种：
• 铝Al、镁Mg、钾K、钠Na、钙Ca、锶Sr、 钡Ba；
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• （3）贵金属，通常是指金、银和铂族元素。 这些金属在地壳中含量较少，不易开采。 这些金属对氧和其他试剂较稳定，金、银 常用来制造装饰品和硬币。主要有8种：
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有色冶金原理(傅崇说版)部分课后习题解答 3
第三章习题与思考题1.求碳的气化反应（布多尔反应）在 1173K，总压为 3× 101325Pa 时气相中CO 的平衡浓度。
已知：CO2+C=2CO,ΔG θ =170707.2-174.47T,J2.某容器内充满 1300K的CO2+CO+O2 混合气体和NiO， 问应控制氧气分压多大，NiO 才能够被还原为Ni2CO+O2=2CO2, ΔG θ =-564840+173.64T,J2Ni+O2=2NiO, ΔG θ =-468189.6+169.79T,J3．直径为20mm，密度3.25g·cm- 3 的铁矾精矿球团在 1123K 用CO 还原， 通过减重法测得还原度R与还原时间的关 系为：时间（t）, min 10 20 30 40 50 60 70R,% 12 23 32 40 46 52 59（1）用作图法判断还原反应的限制环节。
（2）还原气体的浓度为1mol，求反应的速度常数。
解答：1.解： 2 100 %[] 24 P P P K K CO K P P =-++× 总 总 （P 48）logKp= 173 . 1 112315 . 19 1173 473 . 174 2 . 170707 = ´ ´ + - Kp=33.48%CO= 10100 3 48 . 33 4 48 . 33 2 48 . 33 2 ú ú û ù ê ê ë é ´ + + - =92.4 2.解： 2CO+O 2=2CO 2, ΔG θ =-564840+173.64T,J (1) （P 50）-)2Ni+O 2=2NiO, ΔG θ=-468189.6+169.79T,J (2)2NiO+2CO=2Ni+2CO 2, ΔG θ =-96650.4+3.85 T,J (3) 22 3 ln ln ÷ ÷ ø ö ç ç è æ - = - = D CO CO P P RT Kp RT G q 22 ÷ ÷ øö ç ç è æ CO CO P P =4813.82 2CO+O 2=2CO 2, ΔG θ =-564840+173.64T,J ΔG 1 θ =-564840+173.64T= 22 ln ÷ ÷ ø ö ç ç è æ - CO CO P P RT 2 1 O P × 564840+173.64×1300=-8.314×1300ln4813.82 21 O P ×P O2`=1.14×10 -5 ×101325=1.15×10 -5 Pa 3.解：（1）判断（P 66） ( ) [ ] 3 1 1 1 R - - 、 ( ) ú û ù ê ë é - - - 3 2 1 3 21 R R 与t 是否成 直线对应，动力学区、控散区。
有色冶金原理第六章_粗金属火法精炼
熔体中Zn的平衡摩尔分数为：
x Zn 3
3.0 10
2.4 103
4 2
2.3 11
2
3
0.0156
残留Zn量近似为： 0.0156 4.789 65.4 4.886
与Ag发生反应的Zn量为：
0.98 7.775 3 65.4 6.927 2 107 .9
Kg
Kg
消耗的总Zn量为： 4.886 6.927 11.81 Kg 实际生产中，由于达不到平衡以及银锌化 合物活度由于渣壳中铅的存在而小于1， 锌的需要量大于上述计算值。
4 区域精炼
第六章
1 概述
粗金属的火法精炼
2 熔析精炼
3 萃取精炼 4 区域精炼 5 金属的蒸馏过程 6 氧化精炼 7 硫化精炼
1 概述
粗金属火法精炼的目的： ●得到纯金属； ●得到杂质含量在允许范围内的产品； ●提取金属中无害的、但本身具有使用价值的杂质。 步骤： ①使均匀的熔融粗金属中产生多相体系 （如：金属－渣，金属－金属，金属－气体）。 ②将上述产生的各两相体系用物理方法分离。 精炼的产物分为三类： ●金属－渣系； ●金属－金属系； ●金属－气体系。 某些情况下，上述两类可能同时存在。
②结晶。将粗金属缓慢冷却到一定温度，熔体中某成分由 于溶解度减小，而成固相析出，其余熔体仍保持在液态， 从而将金属与杂质分离。 也有这种情况，在冷却粗金属熔体时，并不出现固体，而 是出现另一独立的液相，与原来的熔体分层。
2.4 粗金属熔析精炼的基础
状态图。
例题：铅精炼的撇渣法除铜。 如图所示，体系有一个低熔点共晶，含99％以上的Pb以液 态与固体纯Cu相平衡。富Cu渣浮于Pb水表面被除去。
提高《有色冶金原理》课程教学质量的探索与实践
提高《有色冶金原理》课程教学质量的探索与实践作者：徐征陈利生余宇楠来源：《中国校外教育·高教》2011年第07期摘要：根据《有色冶金原理》课程的特点，从该课程的定位：重点内容讲授、现代化手段的引入及合理安排实训教学等几个方面进行探索和实践，取得良好效果，提高了教学质量。
关键词：有色冶金原理课程教学质量《有色冶金原理》是研究和确定各种元素与其化合物等在冶炼过程中所遵循的具有普通意义的物理化学规律，从而为有效地控制现有生产工艺，改造旧工艺和新发展工艺提供理论根据。
《有色冶金原理》是有色冶金专业必修的课之一，它是有色冶金专业最重要的基础课，该门课程在整个有色冶金专业课程体系中的位置极为重要。
《有色冶金原理》课程教学质量直接影响后续专业课的教学。
因此必须高度重视该课程的教学，积极探索和实践提高《有色冶金原理》课程教学质量的途径和方法。
1 把握专业基础课定位，处理好“3232”《有色冶金原理》作为有色冶金专业最重要的专业基础课，在基础课与专业课之前起着承上启下的作用。
要提高该门课程的教学质量必须牢牢把握好专业基础课这一定位，来组织实施教学。
具体来说，《有色冶金原理》课程承上启下归纳为“3232”，《有色冶金原理》是物理化学作用规律在有色冶金生产中的应用。
第一个“32”承上——与基础课的联系（主要是物理化学）具体的可以概括为三个问题，两部分内容：三个问题：①如何确定反应在标准状态下究竟向哪个方向进行？②如何确定反应进行到何种状态达到平衡？③如何确定反应进行的速度？即研究确定反应的方向、限度和速度。
两部分内容：①反应的热力学。
②反应的动力学。
即反应的原理、反应速度的确定及影响因素要将以上三个问题、两部分内容讲授清楚，必须了解学生对物理化学掌握情况，并据此来开展教学工作，使学生能够从物理化学的角度出发研究和思考有色冶金生产的实际问题。
第二个“32”——启下是《有色冶金原理》在各门专业课（主要是《冶金学》）中的应用。
金属材料部分课程的笔记(个人认为的重点)
如上右侧的叙说。
枝晶偏析
实际生产条件下，合金液体浇入铸型后，冷却速度都不是很缓慢的，因此合金不可能完全按上述的平衡过程进行结晶。由于冷却速度快，原子的扩散过程落后于结晶过程，合金成分的均匀化来不及进行，因此每一温度下的固相平均成分将要偏离相图上固相线所示的平衡成分。这种偏离平衡条件的结晶，称为不平衡结晶，不平衡结晶所得的组织，称为不平衡组织。
5金属的疲劳强度（工程上以材料承受无限次应力循环而不破坏的最大应力值作为疲劳强度。）
提高疲劳强度的措施【1采用合理的结构形状，减少截面突变2避免表面划伤/腐蚀/尽可能采用表面强化方法手段】
要点二
金属的塑性变形
单晶体的塑性变形（基本方式有两种，滑移和孪生，多以滑移方式进行的。）【滑移是在切应力作用下发生的】
金属材料抵抗拉伸载荷的强度指标有屈服点、规定残余伸长应力、抗拉强度等。
（1）屈服点和规定残余伸长应力【力不变，试样仍然继续伸长时的应力为屈服点，符号为 】
计算公式为 = ( 为试样屈服时的载荷, 试样原始横截面积。)
（2）抗拉强度（断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度）
2塑性指标
断前金属材料产生的不可逆的永久变形的能力称塑性。
（5）组织【用金相观察方法，在其内部看到的涉及晶体或晶粒的大小/方向/形状/排列等组成关系的结构情况。】
（6）结构【晶体中原子排列的几何形式。】
合金的相结构【两大类：固溶体和金属化合物】
（1）固溶体：固态下一种组元的晶格内溶解了另一种元素少的为溶质。】【A置换固溶体在一定条件下能无限固溶；B间隙固溶体，嵌入各节点之间的空隙内形成的固溶体。】
合金的基本概念
（1）合金【两种或两种以上的元素组成的具有金属特性的物质。】
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有色冶金课堂笔记
第一章冶金炉渣
第一节概述
1、火法冶金产物：炉渣、金属、烟气
2、炉渣的来源：来自脉石(SiO2)、溶剂、燃料灰分
3、炉渣的成分：各种氧化物组成的共同体
4、冶金炉渣的作用:a 容纳废物，使金属或锍与脉分离
b 沉降分离
c 保护剂的作用
d 中间产物
e 炉渣的温度决定冶炼的最高温度
5、对炉渣的要求：a 有较低的熔化温度
b 有较小的密度。
与熔体金属互不相容，易分层
c 适当组成最大容纳杂质
d 对炉衬的腐蚀性要小
e 要求具有一定的导电导热能力
第二节炉渣的组成
1、炉渣的各种氧化物：a 碱性氧化物可以供给氧离子O2-
b 酸性氧化物吸收氧离子SiO2 P2O5
c 两性氧化物Al2O3、ZnO
2、硅酸度的计算方法: 硅酸度（K）=酸性氧化物中氧的质量之和/碱性氧化物中氧的质量之和
当SiO2>20%时，两性氧化物看作碱性氧化物
当SiO2<20%时，两性氧化物看作酸性氧化物
当K>1时为酸性渣当K<1时为碱性渣
第三节炉渣的二、三元状态图
！炉渣的温度：由组成决定（硅酸度）
温度升高变软流动
2、二元状态图
液相线
曲线
液相组成线
物相组成线（垂线与曲线相交则为稳定化合物）
垂线纯组元稳定化合物
化合物
不稳定化合物
晶型转变线共晶L S1+S2 水平线分解型化学转变线共析S S1+S2 化学转变线偏晶L L1+L2
包晶L+S1 S2
化合型化学转变线
包析S1+S2 S3
2、三元系状态图
a自由度：在一定范围内,可以任意改变不致发生相变化的变数的个数ｆ＝４－Ｏ
ｂ基元三角形的划分
划分规则：将三元不变点三个初晶面的固相组成相连，组成的三角形ｃ三元不变点性质的划分
(1)位于基元三角形的外面为包晶点；位于内部则为共晶点
(2)根据箭头方向判断：都指向三元不变点为共晶点
ｄ化合物性质的区分
主要特征：化合物组成点是否落在该初晶区内，若是则为稳定的化合物，不是则为不稳定化合物。
ｅ界面性质的划分
分界线上任意一点的切线与该边界线两边初晶组成点的连线的交点，在组成点连线内，为共晶线：在组成点连线外，为包晶线
ｆ三元相图分析
①找初晶区②找三元不变点③划出基元三角形④判断界线性
质⑤判断三元不变点性质
第四节熔融炉渣的结构
一、熔渣结构的基本性质分类：分子理论和离子理论
分子理论基本内容：1、与固态渣相似存在离解-生成的平衡
2MeO·SiO2=2MeO+SiO2
Kc=（MeO）2·SiO2/2MeO·SiO2
当温度升高Kc随着温度的升高而增大，温度升高，复杂化合物离解程度加大，游离的简单化合物浓度加大。
二元系中复杂化合物的离解特性：
稳定化合物能完全解离部分解离，且随着角度的减小，离解度减小2、熔渣中只有游离化合物才能参与反应。
复杂氧化物只有离解或被置换出游离化合物后，才能参与反应。
3、认为熔渣是理想溶液
二、熔渣结构的离子理论
1、熔渣完全由阳离子和阴离子组成，阳离子所带电荷和阴离子
所带电荷总量相等，故熔渣本身不带电。
2、与晶体相同，熔渣中每个离子的周围都是异号离子
3、电荷相同的离子和邻近离子的互相作用力完全相等，与离子
种类无关。
详细分析：
1．、纯氧化物的结构主要是SiO2、CaO、FeO，其次是氧化铝、氧化镁等。
纯氧化物在固态时结构是比较简单的，主要取决于离子半径。
鲍林第一定律在阳离子周围形成一个阴离子多面体，阳离子和阴
离子之间的距离取决于离子半径之和，而配位取决于半径之比。
鲍林第二定律在一配位结构中，顶点连结最稳定。
2、氧化物融化后的离解
⑴温度升高氧化物越容易离解，结构越简单
⑵氧化物中，若氧离子引力减小而离子分数打，熔化后易解离为
金属阳离子和氧阴离子，则这一类为碱性氧化物。
⑶若氧离子引力大，离子键分数小，易解离出阴离子和络阴离子，
这一类为酸性氧化物
4、碱性氧化物对硅酸盐结构的影响
炉渣的主要成分是SiO2和碱性氧化物，由于Si-O间的氧离子引力很大，因而炉渣中的络阴离子会吸收碱性氧化物离解出的O2-，并转变为结构更简单，离子半径变小的硅氧络合阴离子。
第五节熔融炉渣的物理化学性质
一。
、熔渣的黏度
1定义：当流体在管道中流动时，由于管壁与流体间的粘附力和流体内部的内摩擦力，使靠近管壁的立体速度最小，而中心的流速最大2,熔渣的黏度与成分及温度的关系：若SiO2含量增加，硅氧络合阴离子的结构越复杂，离子半径越大，黏度越大。
任何组成的炉渣，其黏度都是随着温度的升高而降低的。
碱性渣有明显的转折点。
三、熔渣的密度
1、影响金属与炉渣之间分离难易
2、温度升高，密度降低
3、含较多质量大的氧化物，渣的密度会增大。
相反密度小
四、熔渣表面张力
计算公式：б渣=。